JP2000145517A - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

内燃機関の制御装置

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JP2000145517A
JP2000145517A JP10317605A JP31760598A JP2000145517A JP 2000145517 A JP2000145517 A JP 2000145517A JP 10317605 A JP10317605 A JP 10317605A JP 31760598 A JP31760598 A JP 31760598A JP 2000145517 A JP2000145517 A JP 2000145517A
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combustion
fuel
engine
pressure
homogeneous
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JP10317605A
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English (en)
Inventor
Hiroyuki Mizuno
宏幸 水野
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Toyota Motor Corp
Original Assignee
Toyota Motor Corp
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  • Electrical Control Of Air Or Fuel Supplied To Internal-Combustion Engine (AREA)
  • Combined Controls Of Internal Combustion Engines (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】高圧燃料ポンプ等の異常にともないエンジンス
トールが生じるのを防止することのできる内燃機関の制
御装置を提供する。 【解決手段】エンジン11の燃料噴射弁40に供給され
る燃料の圧力が圧縮行程時に燃料噴射可能な要求値に達
していないとき、エンジン11の電子制御ユニットは、
燃焼方式を「均質ストイキ燃焼」に設定する。従って、
異常であることの判定に時間がかかる高圧燃料ポンプ4
7での機械的な異常が生じたとき、その異常判定に時間
がかかることに基づき燃料圧力が要求値に達していない
状態で、燃焼方式が「弱成層燃焼」や「成層燃焼」に切
り換えられることは防止される。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、燃焼室に直接燃料
を噴射供給して燃焼方式を切り換える内燃機関の制御装
置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】近年、自動車用の内燃機関においては、
燃費を向上させること及び十分な機関出力を得ることの
両立を図るために、機関運転状態に応じて燃焼方式を切
り換えるタイプの内燃機関が提案され、実用化されてい
る。
【0003】こうしたタイプの内燃機関は、燃焼室に燃
料を噴射供給する燃料噴射弁を備えている。そして、高
出力が要求される高回転高負荷時には、空気に対して燃
料が均等に混合された均質混合気を燃焼させる「均質燃
焼」を実行し、十分な機関出力を得るようにしている。
この「均質燃焼」は、内燃機関の吸気行程にて燃焼室内
に噴射供給された燃料が同燃焼室内の空気と均等に混ぜ
合わされ、その空気と燃料とから形成された混合気に点
火プラグにより点火がなされることによって実行され
る。
【0004】また、あまり高出力が要求されない低回転
低負荷時には、点火プラグ周りの燃料濃度を高めて着火
性を向上させるとともに、混合気の平均空燃比を理論空
燃比よりも大きくすることで燃費を向上させることが可
能な「成層燃焼」を実行する。この「成層燃焼」は、内
燃機関の圧縮行程にて燃焼室内に噴射供給された燃料が
ピストン頭部の窪みに当たって点火プラグ周りに集めら
れ、その集められた燃料と燃焼室内の空気とからなる混
合気に点火プラグにより点火がなされることによって実
行される。こうした「成層燃焼」では、混合気の平均空
燃比を大きくすべく内燃機関のスロットルバルブを「均
質燃焼」の場合に比べて開き側に制御するため、ポンピ
ングロスが低減されるようになる。
【0005】上記のように内燃機関の燃焼方式を、機関
運転状態に応じて「均質燃焼」と「成層燃焼」との間で
切り換えることにより、燃費を向上させることができる
とともに十分な機関出力が得られるようになる。
【0006】また、上記内燃機関においては、スタータ
モータ等の駆動によって始動されたときには「均質燃
焼」を実行する。そして、機関運転状態が所定の許可条
件を満たしたとき、燃焼方式が「均質燃焼」から「成層
燃焼」へと切り換えられる。上記許可条件としては、内
燃機関の冷却水温が所定値以上であって燃料カットが行
われているとき、或いは冷却水温が所定値以上であって
内燃機関の運転が高負荷高回転領域に位置する状態から
低負荷低回転領域に位置する状態へと変化したとき等々
の条件があげられる。
【0007】なお、上記のように内燃機関の始動時に
「均質燃焼」を実行するのは、速やかに内燃機関の暖機
を行うためである。即ち、「均質燃焼」では「成層燃
焼」よりもスロットルバブルを閉じ側に制御するため、
熱として変換される内燃機関のポンピングロスが大きく
なり、そのポンピングロスから変換される熱により同機
関の暖機が速やかに行われる。
【0008】また、上記内燃機関においては、圧力の高
い燃焼室に直接燃料を噴射供給するために燃料噴射弁に
供給される燃料の圧力を通常よりも高圧にする。このよ
うに高圧燃料を供給する装置としては、例えば特開平1
0−176587号公報に記載されたものが知られてい
る。同公報に記載された装置では、燃料タンクから低圧
燃料ポンプによって送り出された燃料を高圧燃料ポンプ
によって加圧し、その加圧燃料を燃料噴射弁に供給する
ようにしている。このように燃料噴射弁に供給される燃
料を高圧にすることで、圧力の高い燃焼室内に直接燃料
を噴射供給することができるようになる。
【0009】上記高圧燃料ポンプは、燃料噴射弁に供給
される燃料の圧力を調整するための電磁スピル弁を備え
ている。そして、燃料噴射弁に供給される実際の燃料圧
力が燃圧センサによって検出され、その検出される燃圧
が目標値となるように上記電磁スピル弁が制御される。
こうした実際の燃料圧力に基づく電磁スピル弁の制御に
より、燃料噴射弁に供給される燃料の圧力が高圧に維持
されるようになる。
【0010】ところで、上記公報に記載の装置において
は、燃圧センサ、電磁スピル弁、及び高圧燃料ポンプ等
に異常が発生することがある。ここで、燃圧センサ及び
電磁スピル弁の異常としては断線やショートといった電
気的な異常があげられ、高圧燃料ポンプの異常としては
異物の噛み込み等の機械的な異常があげられる。
【0011】こうした各種の異常が発生した場合、上記
公報に記載の装置では、高圧燃料ポンプの駆動を停止し
て低圧燃料ポンプによる燃料供給圧に基づき燃料噴射が
行うとともに、燃焼方式を「均質燃焼」として退避運転
を実行する。このように「均質燃焼」を行うのは、「成
層燃焼」では燃焼室内が高圧になる圧縮行程時に燃料噴
射を行うが、低圧燃料ポンプによる燃料供給圧力にて上
記圧縮行程時での燃料噴射を行うことは困難であること
が理由である。
【0012】
【発明が解決しようとする課題】しかし、燃圧センサ及
び電磁スピル弁の電気的な異常については、燃圧センサ
の検出電圧値や電磁スピル弁の制御電圧値等に基づき異
常を早期に判定することができるが、高圧燃料ポンプの
機械的な異常については早期の異常判定が困難である。
即ち、高圧燃料ポンプの機械的な異常によって燃料圧力
が要求値まで上昇しなくなるが、こうした燃料圧力に基
づく異常判定では同燃料圧力の不足が機関運転状況によ
るものなのか、或いは上記異常によるものなのかを区別
して判定するのに時間がかかる。
【0013】そのため、高圧燃料ポンプの機械的な異常
が発生している場合には、その異常の判定に時間を要し
ている間に、内燃機関が「均質燃焼」から「成層燃焼」
に切り換えられるおそれがある。即ち、所定の許可条件
が満たされると、上記異常の判定に時間がかかるために
燃焼方式が「均質燃焼」から「成層燃焼」に切り換えら
れてしまう。
【0014】この場合、燃料圧力が要求値に達していな
い状態で「成層燃焼」が行われることとなるが、この状
態にあっては燃焼室内に燃料噴射を行うことが困難にな
り、内燃機関の燃焼状態が不安定になってエンジンスト
ールを招くこととなる。
【0015】本発明はこのような実情に鑑みてなされた
ものであって、その目的は、高圧燃料ポンプ等の異常に
ともないエンジンストールが生じるのを防止することの
できる内燃機関の制御装置を提供することにある。
【0016】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項1記載の発明では、燃焼室に直接燃料を噴射
供給する燃料噴射弁を備えて燃焼方式を成層燃焼と均質
燃焼との間で切り換える内燃機関の制御装置において、
前記燃料噴射弁に供給される燃料圧力を検出する検出手
段と、前記検出手段によって検出される燃料圧力が所定
の要求値よりも低いか否かを判断する判断手段と、前記
判断手段によって前記燃料圧力が前記要求値よりも低い
旨判断されたとき、燃焼方式を均質燃焼に設定する設定
手段とを備えた。
【0017】同構成によれば、高圧燃料ポンプ等の異常
にともない燃料圧力が要求値に達しないときには、内燃
機関の燃焼方式が均質燃焼に設定されるため、燃料圧力
不足での成層燃焼の実行にともないエンジンストールが
生じるのを防止することができるようになる。
【0018】具体的には、請求項2に記載のごとく、均
質燃焼の実行中に所定の切換条件を満たしたとき燃焼方
式を成層燃焼へと切り換える内燃機関において、前記設
定手段は、前記燃料圧力が前記要求値よりも低い旨判断
されたとき、前記切換条件を満たしていても均質燃焼か
ら成層燃焼への燃焼方式の切り換えを禁止するものとし
た。
【0019】同構成によれば、高圧燃料ポンプ等の異常
にともない燃料圧力が要求値に達しないときには、均質
燃焼の実行中に所定の切換条件を満たしても成層燃焼へ
の切り換えが禁止されるため、燃料圧力不足での成層燃
焼の実行にともないエンジンストールが生じるのを防止
することができるようになる。
【0020】また、具体的には、請求項3に記載のごと
く、均質燃焼の実行中に所定の切換条件を満たしたとき
燃焼方式を成層燃焼へと切り換える内燃機関において、
前記設定手段は、前記切換条件を満たして燃焼方式が成
層燃焼に切り換えられた後に前記燃料圧力が前記要求値
よりも低い旨判断されたとき、燃焼方式を均質燃焼から
成層燃焼へと強制的に切り換えるものとした。
【0021】同構成によれば、均質燃焼の実行中に所定
の切換条件を満たして成層燃焼に切り換えられた後、高
圧燃料ポンプ等に異常が発生して燃料圧力が要求値に達
しなくなると、燃焼方式が成層燃焼から均質燃焼へと強
制的に切り換えられるため、燃料圧力不足での成層燃焼
の実行に基づきエンジンストールが生じるのを防止する
ことができるようになる。
【0022】
【発明の実施の形態】以下、本発明を直列4気筒の自動
車用ガソリンエンジンに適用した一実施形態を図1〜図
6に従って説明する。
【0023】図1に示すように、エンジン11は、その
シリンダブロック11a内に往復移動可能に設けられた
合計四つのピストン12(図1には一つのみ図示)を備
えている。これらピストン12は、コンロッド13を介
して出力軸であるクランクシャフト14に連結されてい
る。そして、ピストン12の往復移動は、上記コンロッ
ド13によってクランクシャフト14の回転へと変換さ
れるようになっている。また、ピストン12の頭部に
は、成層燃焼を実行するのに必要な窪み12aが形成さ
れている。
【0024】クランクシャフト14にはシグナルロータ
14aが取り付けられている。このシグナルロータ14
aの外周部には、複数の突起14bがクランクシャフト
14の軸線を中心とする等角度毎に設けられている。ま
た、シグナルロータ14aの側方には、クランクポジシ
ョンセンサ14cが設けられている。そして、クランク
シャフト14が回転して、シグナルロータ14aの各突
起14bが順次クランクポジションセンサ14cの側方
を通過することにより、同センサ14cからはそれら各
突起14bの通過に対応したパルス状の検出信号が出力
されるようになる。
【0025】また、シリンダブロック11aには、エン
ジン11の冷却水温THWをエンジン11の機関温度と
して検出する水温センサ11bが設けられている。更
に、シリンダブロック11aの上端にはシリンダヘッド
15が設けられ、シリンダヘッド15とピストン12と
の間には燃焼室16が設けられている。この燃焼室16
には、シリンダヘッド15に設けられた吸気ポート17
と排気ポート18とが連通している。
【0026】一方、図1に示すように、シリンダヘッド
15には、上記吸気バルブ19及び排気バルブ20を開
閉駆動するための吸気カムシャフト21及び排気カムシ
ャフト22が回転可能に支持されている。これら吸気及
び排気カムシャフト21,22は、タイミングベルト及
びギヤ(共に図示せず)等を介してクランクシャフト1
4に連結され、同ベルト及びギヤ等によりクランクシャ
フト14の回転が伝達されるようになる。そして、吸気
カムシャフト21が回転すると、吸気バルブ19が開閉
駆動されて、吸気ポート17と燃焼室16とが連通・遮
断される。また、排気カムシャフト22が回転すると、
排気バルブ20が開閉駆動されて、排気ポート18と燃
焼室16とが連通・遮断される。
【0027】シリンダヘッド15において、吸気カムシ
ャフト21の側方には、同シャフト21の外周面に設け
られた突起21aを検出して検出信号を出力するカムポ
ジションセンサ21bが設けられている。そして、吸気
カムシャフト21が回転すると、同シャフト21の突起
21aがカムポジションセンサ21bの側方を通過す
る。この状態にあっては、カムポジションセンサ21b
から上記突起21aの通過に対応して所定間隔毎に検出
信号が出力されるようになる。
【0028】吸気ポート17及び排気ポート18には、
それぞれ吸気管30及び排気管31が接続されている。
この吸気管30内及び吸気ポート17内は吸気通路32
となっており、排気管31内及び排気ポート18内は排
気通路33となっている。吸気通路32の上流部分には
スロットルバルブ23が設けられている。このスロット
ルバルブ23は、スロットル用モータ24の駆動により
回動されて開度調節がなされる。そして、スロットルバ
ルブ23の開度は、スロットルポジションセンサ44に
よって検出される。
【0029】また、上記スロットル用モータ24の駆動
は、自動車の室内に設けられたアクセルペダル25の踏
込量に基づき制御される。即ち、自動車の運転者がアク
セルペダル25を踏込操作すると、アクセルペダル25
の踏込量がアクセルポジションセンサ26によって検出
され、同センサ26の検出信号に基づきスロットル用モ
ータ24が駆動制御される。このスロットル用モータ2
4の駆動制御に基づくスロットルバルブ23の開度調節
により、吸気通路32の空気流通面積が変化して燃焼室
16へ吸入される空気の量が調整されるようになる。
【0030】吸気通路32においてスロットルバルブ2
3の下流側に位置する部分には、同通路32内の圧力を
検出するバキュームセンサ36が設けられている。そし
て、バキュームセンサ36は検出した吸気通路32内の
圧力に対応した検出信号を出力する。
【0031】また、図1に示すように、シリンダヘッド
15には、燃焼室16内に燃料を噴射供給する燃料噴射
弁40と、燃焼室16内に充填される燃料と空気とから
なる混合気に対して点火を行う点火プラグ41とが設け
られている。この点火プラグ41による上記混合気への
点火時期は、点火プラグ41の上方に設けられたイグナ
イタ41aによって調整される。そして、燃料噴射弁4
0から燃焼室16内へ燃料が噴射されると、同燃料が吸
気通路32を介して燃焼室16に吸入された空気と混ぜ
合わされ、燃焼室16内で空気と燃料とからなる混合気
が形成される。更に、燃焼室16内の混合気は点火プラ
グ41によって点火がなされて燃焼し、燃焼後の混合気
は排気として排気通路33に送り出される。
【0032】上記エンジン11においては、圧力の高い
燃焼室16内に直接燃料を噴射供給するために、燃料噴
射弁40に供給される燃料の圧力を通常よりも高圧にす
るようにしている。ここで、高圧燃料を供給するための
エンジン11の燃料供給装置の詳細構造について図2を
参照して説明する。
【0033】図2に示すように、エンジン11の燃料供
給装置は、燃料タンク45内から燃料を送り出すフィー
ドポンプ46と、そのフィードポンプ46によって送り
出された燃料を加圧して燃料噴射弁40に供給する高圧
燃料ポンプ47とを備えている。上記フィードポンプ4
6による燃料の供給圧力は、本実施形態では例えば0.
3MPaとなっている。
【0034】高圧燃料ポンプ47は、排気カムシャフト
22の回転に基づき往復移動するプランジャ48と、同
プランジャ48の往復移動によって容積が変化する加圧
室49とを備えている。この加圧室49は、低圧燃料通
路50を介して上記フィードポンプ46に接続されてお
り、低圧燃料通路50の途中には同通路50内の圧力を
一定(0.3MPa)にするためのプレッシャレギュレ
ータ51が設けられている。また、上記加圧室49は、
高圧燃料通路52を介してデリバリパイプ53に連通し
ており、デリバリパイプ53には上記燃料噴射弁40が
接続されている。
【0035】高圧燃料ポンプ47には、上記低圧燃料通
路50と上記加圧室49との間を連通・遮断するソレノ
イドバルブ54が設けられている。このソレノイドバル
ブ54は電磁ソレノイド54aを備え、同ソレノイド5
4aへの印加電圧を制御することにより開閉動作する。
ソレノイドバルブ54は、加圧室49の容積が膨張する
方向にプランジャ48が移動するとき、電磁ソレノイド
54aに対する通電が停止されて開弁するようになる。
また、ソレノイドバルブ54は、加圧室49の容積が収
縮する方向にプランジャ48が移動するとき、電磁ソレ
ノイド54aに対する通電が実行されて閉弁するように
なる。
【0036】上記のようにソレノイドバルブ54の開閉
動作を制御することにより、フィードポンプ46から送
り出された燃料が高圧燃料ポンプ47によって例えば1
2MPaまで加圧され、その加圧燃料が高圧燃料通路5
2及びデリバリパイプ53を介して燃料噴射弁40に供
給されるようになる。そして、高圧燃料通路52及びデ
リバリパイプ53内における燃料圧力、即ち燃料噴射弁
40へ供給される燃料の圧力の調整は、ソレノイドバル
ブ54の閉弁タイミングを変更し、高圧燃料ポンプ47
から燃料噴射弁40側へ供給する燃料量を調節すること
によって行われる。
【0037】即ち、加圧室49の容積が収縮する方向に
プランジャ48が移動するとき、ソレノイドバルブ54
の閉弁タイミングを遅らせるほど、高圧燃料ポンプ47
から燃料噴射弁40側に供給される燃料量が少なくなっ
て、燃料噴射弁40に供給されるの燃料の圧力(燃圧)
Prが小さくなる。また、デリバリパイプ53には、燃
料噴射弁40への燃圧を検出するための燃圧センサ55
が設けられている。
【0038】次に、本実施形態におけるエンジン11の
制御装置の電気的構成を図3に基づいて説明する。この
制御装置は、燃料噴射量制御、燃料噴射時期制御、燃料
圧力制御、及び燃焼方式切換制御など、エンジン11の
運転状態を制御するための電子制御ユニット(以下「E
CU」という)92を備えている。このECU92は、
ROM93、CPU94、RAM95及びバックアップ
RAM96等を備える論理演算回路として構成されてい
る。
【0039】ここで、ROM93は各種制御プログラム
や、それら各種制御プログラムを実行する際に参照され
るマップ等が記憶されたメモリであり、CPU94はR
OM93に記憶された各種制御プログラムやマップに基
づいて演算処理を実行する。また、RAM95はCPU
94での演算結果や各センサから入力されたデータ等を
一時的に記憶するメモリであり、バックアップRAM9
6はエンジン11の停止時に保存すべきデータを記憶す
る不揮発性のメモリである。そして、ROM93、CP
U94、RAM95及びバックアップRAM96は、バ
ス97を介して互いに接続されるとともに、外部入力回
路98及び外部出力回路99と接続されている。
【0040】外部入力回路98には、水温センサ11
b、クランクポジションセンサ14c、カムポジション
センサ21b、アクセルポジションセンサ26、バキュ
ームセンサ36、スロットルポジションセンサ44及び
燃圧センサ55等が接続されている。一方、外部出力回
路99には、スロットル用モータ24、燃料噴射弁4
0、イグナイタ41a及びソレノイドバルブ54等が接
続されている。
【0041】このように構成されたECU92は、クラ
ンクポジションセンサ14cからの検出信号に基づきエ
ンジン回転数NEを求める。更に、アクセルポジション
センサ26又はバキュームセンサ36からの検出信号
と、上記エンジン回転数NEとに基づきエンジン11の
負荷を表す燃料噴射量Qを求める。ECU92は、図4
に示すように、均質ストイキ燃焼領域A、均質リーン燃
焼領域B、弱成層燃焼領域C及び成層燃焼領域Dを備え
たマップを参照し、エンジン回転数NE及び燃料噴射量
Qから内燃機関の燃焼方式を決定する。即ち、ECU9
2は、エンジン回転数NE及び燃料噴射量Qが上記領域
A〜Dのいずれの領域に位置する状態かにより、内燃機
関の燃焼方式を「均質ストイキ燃焼」、「均質リーン燃
焼」、「弱成層燃焼」、及び「成層燃焼」に決定する。
【0042】図4に示すマップから明らかなように、エ
ンジン11の運転状態が高回転高負荷へと移行するに従
い、エンジン11の燃焼方式は「成層燃焼」、「弱成層
燃焼」、「均質リーン燃焼」、「均質ストイキ燃焼」へ
と順次変化することとなる。このように燃焼方式を変化
させるのは、高出力が要求される高回転高負荷時には
「均質燃焼」とし混合気の空燃比を小さくしてエンジン
出力を高め、あまり高出力を必要としない低回転低負荷
時には「成層燃焼」とし空燃比を大きくして燃費の向上
を図るためである。
【0043】ここで、各燃焼方式が実行されるときにE
CU92を通じて実行される燃焼制御態様について、
「均質ストイキ燃焼」、「均質リーン燃焼」、「弱成層
燃焼」、及び「成層燃焼」の各燃焼方式毎にそれぞれ説
明する。
【0044】・「均質ストイキ燃焼」 エンジン11の燃焼方式が「均質ストイキ燃焼」に決定
されると、ECU92は、バキュームセンサ36からの
検出信号に基づき求められる吸気圧PMとエンジン回転
数NEとに基づき燃料噴射量Qをマップ演算する。こう
して算出された燃料噴射量Qは、エンジン回転数NEが
高くなるとともに、吸気圧PMが高くなるほど大きい値
になる。ECU92は、燃料噴射弁40を駆動制御する
ことにより、上記燃料噴射量Qに対応した量の燃料をエ
ンジン11の吸気行程中に燃料噴射弁40から噴射させ
る。また、ECU92は、燃料噴射量の空燃比フィード
バック補正を行って混合気の空燃比を理論空燃比へと制
御する。更に、ECU92は、スロットル開度、及び点
火時期等が「均質ストイキ燃焼」に適したものとなるよ
う、スロットル用モータ24、及びイグナイタ41a等
を駆動制御する。
【0045】・「均質リーン燃焼」 エンジン11の燃焼方式が「均質リーン燃焼」に決定さ
れると、ECU92は、周知のマップを参照してアクセ
ル踏込量とエンジン回転数NEとに基づき燃料噴射量Q
をマップ演算する。こうして算出された燃料噴射量Q
は、エンジン回転数NEが高くなるととともに、アクセ
ル踏込量が大きくなるほど大きい値になる。ECU92
は、燃料噴射弁40を駆動制御することにより、上記燃
料噴射量Qに対応した量の燃料をエンジン11の吸気行
程中に燃料噴射弁40から噴射させる。こうした燃料噴
射により燃焼室16内に形成される混合気においては、
その空燃比が理論空燃比よりも大きい値(例えば15〜
23)とされる。また、ECU92は、スロットル開
度、及び点火時期等が「均質リーン燃焼」に適したもの
となるよう、スロットル用モータ24、及びイグナイタ
41a等を駆動制御する。
【0046】・「弱成層燃焼」 エンジン11の燃焼方式が「弱成層燃焼」に決定される
と、ECU92は、上記と同様にアクセル踏込量及びエ
ンジン回転数NEとから燃料噴射量Qを算出する。EC
U92は、燃料噴射弁40を駆動制御することにより、
上記燃料噴射量Qに対応した量の燃料をエンジン11の
吸気行程と圧縮行程とに噴射させる。こうした燃料噴射
により燃焼室16内に形成される混合気においては、そ
の空燃比が「均質リーン燃焼」時の空燃比よりもリーン
側の値(例えば20〜23)とされる。また、ECU9
2は、スロットル開度、及び点火時期等が「弱成層燃
焼」に適したものとなるよう、スロットル用モータ2
4、及びイグナイタ41a等を駆動制御する。
【0047】こうした「弱成層燃焼」時において、吸気
行程のときに噴射供給された燃料は空気に対して均等に
分散され、圧縮行程のときに噴射供給された燃料はピス
トン12の頭部に設けられた窪み12aによって点火プ
ラグ41の周りに集められる。上記のように吸気行程と
圧縮行程との二回に分けて燃料噴射を行うことで、上記
「均質リーン燃焼」と後述する「成層燃焼」との中間の
燃焼方式(弱成層燃焼)で混合気の燃焼が行われ、その
「弱成層燃焼」によって「均質リーン燃焼」と「成層燃
焼」との切り換え時のトルクショックが抑えられる。
【0048】・「成層燃焼」 エンジン11の燃焼方式が「成層燃焼」に決定される
と、ECU92は、上記と同様にアクセル踏込量及びエ
ンジン回転数NEとから燃料噴射量Qを算出する。EC
U92は、上記燃料噴射量Qに対応した量の燃料をエン
ジン11の圧縮行程中に噴射させる。こうした燃料噴射
により燃焼室16内に形成される混合気においては、そ
の空燃比が「弱成層燃焼」時の空燃比よりもリーン側の
値(例えば25〜50)とされる。また、ECU92
は、スロットル開度、及び点火時期等が「成層燃焼」に
適したものとなるよう、スロットル用モータ24、及び
イグナイタ41a等を駆動制御する。
【0049】こうした「成層燃焼」時において、エンジ
ン11の圧縮行程中に燃料噴射弁40から噴射された燃
料は、ピストン12の頭部に設けられた窪み12a内に
入り込み、そのピストン12の移動により上記燃料が点
火プラグ41の周りに集められる。このように点火プラ
グ41の周りに燃料を集めることによって、燃焼室16
内の混合気全体の平均空燃比を「弱成層燃焼」時より大
きくしても、同プラグ41周りの混合気の空燃比が着火
に適したものとされて良好な混合気への着火が行われ
る。
【0050】エンジン11の燃焼方式は、上記のように
通常エンジン回転数NEと燃料噴射量Q(負荷)とに基
づく運転条件によって決定されるが、例えばエンジン1
1の始動時にはエンジン回転数NE及び燃料噴射量Qに
係わらず「均質ストイキ燃焼」が実行される。そして、
エンジン11の始動後において所定の許可条件が満たさ
れると、燃焼方式が「均質ストイキ燃焼」から他の燃焼
方式へと切り換えられる。上記許可条件としては、エン
ジン11の冷却水温THWが所定値以上であって燃料カ
ットが行われていないとき、或いは冷却水温THWが所
定値以上であってエンジン11の運転が高回転高負荷領
域から低回転低負荷領域に位置する状態へと変化したと
き等々の条件があげられる。
【0051】次に、ECU92を通じて実行される燃料
圧力制御、及び燃料供給装置の異常時における燃焼方式
切換制御の概要を説明する。ECU92は、燃圧センサ
55からの検出信号に基づき燃料噴射弁40に供給され
る燃料の圧力(燃圧)Prを求め、その求められる実際
の燃圧Prが予め定められた目標値PPR(例えば12
MPa)となるようにソレノイドバルブ54を駆動制御
する。しかし、上記燃料供給装置においては、電磁ソレ
ノイド54a及び燃圧センサ55での断線やショートと
いった電気的な異常や、高圧燃料ポンプ47での異物の
噛み込みといった機械的な異常が発生することがある。
これらの異常が発生した場合、上記のようにソレノイド
バルブ54を駆動制御しても、実際の燃圧Prを目標値
PPRとすることができず、内燃機関の運転状態が悪化
することとなる。
【0052】そこで、ECU92は、上記のような異常
が生じたときには、ソレノイドバルブ54の電磁ソレノ
イド54aに対する印加電圧のデューティ比を「0%」
とする。即ち、ソレノイドバルブ54を開弁保持する。
この状態にあっては、高圧燃料ポンプ47の駆動に基づ
く燃料の加圧が停止され、フィードポンプ46による燃
料供給圧力(0.3MPa)にて燃料噴射弁40からの
燃料噴射を行う。また、このときECU92は、エンジ
ン11の燃焼方式を強制的に「均質ストイキ燃焼」とす
る。これは、「成層燃焼」及び「弱成層燃焼」において
は、エンジン11の圧縮行程中という最も燃焼室16内
の圧力が高くなるときに燃料噴射を行わなければなら
ず、こうした時期での燃料噴射をフィードポンプ46に
よる燃料供給圧力にて行うのは困難であることが理由で
ある。
【0053】しかし、電磁ソレノイド54a及び燃圧セ
ンサ55での電気的な異常については、燃圧センサ55
の検出電圧値や電磁ソレノイド54aの制御電圧値等に
基づき異常を早期に判定することができるが、高圧燃料
ポンプ47での機械的な異常については早期の異常判定
が困難である。即ち、高圧燃料ポンプ47の機械的な異
常によって燃圧Prが適正に上昇しなくなるが、こうし
た燃圧Prに基づく異常判定では同燃圧Prの不足が機
関運転状況によるものなのか、或いは上記異常によるも
のなのかを区別して判定するのに時間がかかる。
【0054】そのため、高圧燃料ポンプ47に異常が発
生している場合には、その異常の判定に時間を要してい
る間に、エンジン11の燃焼方式が「均質ストイキ燃
焼」から「弱成層燃焼」や「成層燃焼」に切り換えられ
るおそれがある。即ち、所定の許可条件が満たされる
と、上記異常の判定に時間がかかるために燃焼方式が
「均質ストイキ燃焼」から「弱成層燃焼」や「成層燃
焼」に切り換えられてしまう。
【0055】この場合、燃圧Prが目標値PPRに十分
近づいていない状態で「弱成層燃焼」や「成層燃焼」が
行われることとなるが、この状態にあっては燃焼室16
内に燃料噴射を行うことが困難になり、エンジン11の
燃焼状態が不安定になってエンジンストールを招くこと
となる。
【0056】そこで本実施形態では、燃圧センサ55か
らの検出信号に基づき求められる燃圧Prが「弱成層燃
焼」や「成層燃焼」を実行可能な目標値PPRに十分近
づいているか否かを判断する。そして、燃圧Prが目標
値PPRに十分近づいていないならば、「均質燃焼」か
ら「弱成層燃焼」や「成層燃焼」への切り換えを禁止
し、或いは「弱成層燃焼」や「成層燃焼」から「均質燃
焼」へと強制的に切り換え、燃焼方式を「均質燃焼」に
設定する。これにより、高圧燃料ポンプ47での異物の
噛み込みといった機械的な異常にともない、燃圧Prが
不足した状態での「弱成層燃焼」や「成層燃焼」が行わ
れてエンジンストールが生じるのを防止することができ
るようになる。
【0057】次に、エンジン11の燃焼方式の切り換え
る手順について図5及び図6を参照して説明する。図5
及び図6は、燃焼方式を切り換えるための燃焼方式切換
ルーチンを示すフローチャートである。この燃焼方式切
換ルーチンは、ECU92を通じて例えば所定時間毎の
時間割り込みにて実行される。
【0058】同ルーチンにおいて、ステップS101〜
S107(図5)の処理は、燃焼モードMODEの設定
を行うためのものである。この燃焼モードMODEは、
エンジン11の燃焼方式を「均質ストイキ燃焼」に固定
するか否かを決定するためのものであり、例えば「0
(固定)」、「1(非固定)」のように設定される。
【0059】ECU92は、ステップS101の処理と
して、水温センサ11bからの検出信号に基づき求めら
れるエンジン11の冷却水温THWが所定値t(例えば
40℃)よりも大きいか否かを判断する。そして、「T
HW>t」でなければステップS107に進み、「TH
W>t」であればステップS102に進む。
【0060】ECU92は、ステップS102の処理と
して、大気圧PAが所定値x(例えば高地の大気圧に対
応する値)よりも大きいか否かを判断する。なお、大気
圧PAは、エンジン11のアイドル時における吸気圧P
Mから推測することによって求められる。そして、ステ
ップS102の処理において、「PA>x」でなければ
ステップS107に進み、「PA>x」であればステッ
プS103に進む。
【0061】ECU92は、ステップS103の処理
で、フューエルカット実行フラグXFCとして「1」が
RAM95の所定領域に記憶されているか否かを判断す
る。このフューエルカット実行フラグXFCは、エンジ
ン11において燃料カット(フューエルカット)が行わ
れているか否かを判断するためのものである。このフュ
ーエルカット実行フラグXFCは、別のルーチンによっ
て、アクセル踏込量が「0」で車速が所定値以上である
ときなど、フューエルカットが実行される運転条件のと
き「1」に設定され、フューエルカットが実行されない
運転条件のときには「0」に設定される。
【0062】そして、上記ステップS103の処理にお
いて、「XFC=1」でなくフューエルカットが実行さ
れていない旨判断されると、ステップS104に進む。
ECU92は、ステップS104の処理で、切換可能フ
ラグXAREAとして「1」がRAM95の所定領域に
記憶されているか否かを判断する。この切換可能フラグ
XAREAは、エンジン11の運転状態が燃焼方式を
「均質ストイキ燃焼」から他の燃焼方式へ切り換えるこ
とが可能な領域にあるか否かを判断するためのものであ
る。この切換可能フラグXAREAは、別のルーチンに
よって、エンジン11の運転状態が上記燃焼方式を切換
可能な領域にあるときには「1」に設定され、その領域
にないときには「0」に設定される。
【0063】上記ステップS104の処理において、
「XAREA=1」でなくエンジン11の運転状態が上
記燃焼方式を切換可能な領域にない旨判断されると、ス
テップS107に進む。こうして上記ステップS10
1,S102,S104のいずれかの処理でNOと判断
されてステップS107に進むと、ECU92は、燃焼
モードMODEを「0」に設定し、後述するステップS
108(図6)以降の処理によって燃焼方式を「均質ス
トイキ燃焼」に固定する。このように燃焼方式を「均質
ストイキ燃焼」に固定するのは、上記ステップS10
1,S102,S104のいずれかの処理でNOと判断
されるようなエンジン11の運転状態のときには、「均
質ストイキ燃焼」を実行することがエンジン11の運転
状態安定性等の面から好ましいためである。
【0064】一方、上記ステップS101〜S103の
処理で全てYESと判断されると、ステップS105に
進むようになる。ECU92は、ステップS105の処
理として、燃圧Prが目標値PPRから所定値αを減算
した値(要求値)よりも大きいか否か、即ち燃圧Prが
要求値よりも大きいか否かを判断する。そして、「Pr
>PPR−α」であればステップS106に進む。EC
U92は、ステップS106の処理として、燃焼モード
MODEを「1」に設定し、後述するステップS108
以降の処理によって燃焼方式を「均質ストイキ燃焼」か
ら他の燃焼方式へと切換可能な状態にする。
【0065】従って、ステップS101〜S103の処
理でYESと判断されることで、燃焼方式を「均質スト
イキ燃焼」以外の燃焼方式へと切り換える許可条件が満
たされ、且つ燃圧Prが「弱成層燃焼」や「成層燃焼」
を実行可能な要求値(「PPR−α」)よりも大きいな
ら、燃焼方式を「均質ストイキ燃焼」から「弱成層燃
焼」や「成層燃焼」へと切り換え可能になる。
【0066】また、上記ステップS105の処理におい
て、「Pr>PPR−α」でなければステップS107
に進むことで、燃焼モードMODEが「0」にされて燃
焼方式が「均質ストイキ燃焼」に固定される。そのた
め、ステップS101〜S103の処理でYESと判断
されて上記許可条件が満たされたとしても、燃圧Prが
上記要求値(「PPR−α」)以下なら、「均質ストイ
キ燃焼」から「弱成層燃焼」や「成層燃焼」など他の燃
焼方式への切り換えが禁止される。これにより、高圧燃
料ポンプ47での異物の噛み込みといった機械的な異常
にともない、燃圧Prが不足した状態で「弱成層燃焼」
や「成層燃焼」が行われてエンジンストールが生じるの
を防止することができるようになる。
【0067】上記ステップS106,S107のいずれ
かの処理が実行された後、ステップS108(図6)に
進む。ECU92は、ステップS108の処理として、
燃焼モードMODEが「1(固定)」であるか否かを判
断する。そして、「MODE=0(非固定)」ならばス
テップS109に進む。ECU92は、ステップS10
9の処理として、燃料噴射量Qが判定値QB以下か否か
を判断する。この判定値QBは、図4に示す成層燃焼領
域Dと弱成層燃焼領域Cとの境界上に位置する値であ
る。そして、上記ステップS109の処理において、エ
ンジン11の運転状態が成層燃焼領域D内に位置する状
態であって、「Q≦QB」である旨判断されるとステッ
プS115に進み、「成層燃焼」を実行する。
【0068】上記ステップS109の処理において、
「Q≦QB」でない旨判断されると、ステップS110
に進む。ECU92は、ステップS110の処理とし
て、燃料噴射量Qが判定値QA以下か否かを判断する。
この判定値QAは、図4に示す弱成層燃焼領域Cと均質
リーン燃焼領域Bとの境界上に位置する値である。そし
て、上記ステップS110の処理において、エンジン1
1の運転状態が弱成層燃焼領域C内に位置する状態であ
って、「Q≦QA」である旨判断されるとステップS1
14に進み、「弱成層燃焼」を実行する。
【0069】上記ステップS110の処理において、
「Q≦QA」でない旨判断されると、ステップS111
に進む。ECU92は、ステップS111の処理とし
て、燃料噴射量Qが判定値QDJ以下か否かを判断す
る。この判定値QDJは、図4に示す均質リーン燃焼領
域Bと均質ストイキ燃焼領域Aとの境界上に位置する値
である。そして、上記ステップS111の処理におい
て、エンジン11の運転状態が均質リーン燃焼領域B内
に位置する状態であって、「Q≦QDJ」である旨判断
されるとステップS113に進み、「均質リーン燃焼」
を実行する。
【0070】上記ステップS111の処理において、エ
ンジン11の運転状態が均質ストイキ燃焼領域A内に位
置する状態であって、「Q≦QDJ」でない旨判断され
るとステップS112に進み、「均質ストイキ燃焼」を
実行する。上記のようにステップS112〜S115の
いずれかの処理により、「成層燃焼」、「弱成層燃
焼」、「均質リーン燃焼」、及び「均質ストイキ燃焼」
のいずれかを実行した後、ECU92は、この燃焼方式
切換ルーチンを一旦終了する。
【0071】一方、上記ステップS108の処理におい
て、燃焼モードMODEが「1(固定)」である旨判断
されると、ステップS109に進んで「均質ストイキ燃
焼」が実行される。従って、上記ステップS105(図
5)の処理で、燃圧Prが要求値(「PPR−α」)以
下である旨判断され、ステップS107の処理によって
燃焼モードMODEが「0(固定)」に設定されると、
燃焼方式が「均質ストイキ燃焼」に設定されるようにな
る。
【0072】また、ステップS106の処理で燃焼モー
ドMODEが「1(非固定)」に設定され、エンジン1
1の燃焼方式が「成層燃焼」、「弱成層燃焼」、又は
「均質リーン燃焼」になった後、高圧燃料ポンプ47等
の異常により燃圧Prが要求値に達しなくなることもあ
る。この場合でも、ステップS105の処理でNOと判
断されてステップS107の処理で燃焼モードがMOD
Eが「1(非固定)」から「0(固定)」へと設定さ
れ、燃焼方式が強制的に「均質ストイキ燃焼」に切り換
えられるようになる。従って、「成層燃焼」、「弱成層
燃焼」、又は「均質リーン燃焼」になった後、高圧燃料
ポンプ47等の異常が生じて燃圧Prが要求値に達しな
くなったとしても、燃焼方式が強制的に「均質ストイキ
燃焼」に切り換えられるため、燃圧Prが不足した状態
での「弱成層燃焼」や「成層燃焼」に基づきエンジンス
トールが生じるのを防止することができるようになる。
【0073】以上詳述した処理が実行される本実施形態
によれば、以下に示す効果が得られるようになる。 (1)異常を早期に判定することが困難な高圧燃料ポン
プ47での機械的な異常が生じても、燃圧Prが要求値
まで上昇していないならばエンジン11の燃焼方式が
「均質ストイキ燃焼」に設定される。そのため、上記機
械的な異常の判定に時間がかかり、それによって燃圧P
rが要求値に達していないにも係わらず、燃焼方式が
「均質ストイキ燃焼」から「弱成層燃焼」や「成層燃
焼」など他の燃焼方式に切り換えられるのを防止するこ
とができる。従って、燃圧Prが不足した状態で「弱成
層燃焼」や「成層燃焼」が行われることがなく、これに
より燃焼状態が不安定になってエンジンストールが発生
するのを防止することができる。
【0074】(2)燃焼モードMODEが「1(非固
定)」に設定され、エンジン11の燃焼方式が「成層燃
焼」、「弱成層燃焼」、又は「均質リーン燃焼」になっ
た後、燃圧Prが要求値に達しなくなると燃焼方式が強
制的に「均質ストイキ燃焼」に切り換えられる。従っ
て、「成層燃焼」、「弱成層燃焼」、又は「均質リーン
燃焼」になった後、異常等に基づき燃圧Prが要求値に
達しなくなったとしても、燃焼方式が強制的に「均質ス
トイキ燃焼」に切り換えられるため、燃圧Prが不足し
た状態での「弱成層燃焼」や「成層燃焼」に基づきエン
ジンストールが生じるのを防止することができる。
【0075】なお、本実施形態は、例えば以下のように
変更することもできる。 ・本実施形態では、燃焼方式を「成層燃焼」、「弱成層
燃焼」、「均質リーン燃焼」、及び「均質ストイキ燃
焼」との間で燃焼方式を切り換えるエンジン11に本発
明を適用したが、本発明はこれに限定されない。即ち、
例えば燃焼方式を「成層燃焼」と「均質燃焼」との間で
切り換えるエンジンに本発明を適用してもよい。
【0076】・本実施形態では、燃圧Prが要求値に達
していないときに燃焼方式を「均質ストイキ燃焼燃焼」
に固定したが、これに代えて燃焼方式を「均質リーン燃
焼」に固定してもよい。
【0077】
【発明の効果】請求項1記載の発明によれば、高圧燃料
ポンプ等の異常にともない燃料圧力が要求値に達しない
ときには、内燃機関の燃焼方式が均質燃焼に設定される
ため、燃料圧力不足での成層燃焼実行に基づきエンジン
ストールが生じるのを防止することができる。
【0078】請求項2記載の発明によれば、高圧燃料ポ
ンプ等の異常にともない燃料圧力が要求値に達しないと
きには、均質燃焼の実行中に所定の切換条件を満たして
も成層燃焼への切り換えが禁止されるため、燃料圧力不
足での成層燃焼の実行にともないエンジンストールが生
じるのを防止することができる。
【0079】請求項3記載の発明によれば、均質燃焼の
実行中に所定の切換条件を満たして成層燃焼に切り換え
られた後、高圧燃料ポンプ等に異常が発生して燃料圧力
が要求値に達しなくなると、燃焼方式が成層燃焼から均
質燃焼へと強制的に切り換えられるため、燃料圧力不足
での成層燃焼の実行にともないエンジンストールが生じ
るのを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本実施形態の制御装置が適用されたエンジン全
体を示す断面図。
【図2】同エンジンにおける燃料供給装置の構成を示す
概略図。
【図3】上記制御装置の電気的構成を示すブロック図。
【図4】燃焼方式を切り換える際に参照されるマップ。
【図5】上記エンジンにおける燃焼方式の切換手順を示
すフローチャート。
【図6】上記エンジンにおける燃焼方式の切換手順を示
すフローチャート。
【符号の説明】
11…エンジン、14c…クランクポジションセンサ、
16…燃焼室、23…スロットルバルブ、24…スロッ
トルポジションセンサ、26…アクセルポジションセン
サ、40…燃料噴射弁、44…スロットルポジションセ
ンサ、46…フィードポンプ、47…高圧燃料ポンプ、
55…燃圧センサ、92…電子制御ユニット(EC
U)。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) F02D 45/00 345 F02D 45/00 345C Fターム(参考) 3G084 BA09 BA13 BA15 CA03 CA04 DA27 DA33 DA34 EA11 EB02 EB22 EB24 EC03 FA00 3G301 HA01 HA04 HA16 JA31 JB02 JB07 JB08 JB09 KA08 LA03 LB04 LC01 LC03 MA01 MA11 MA19 NA06 NA08 NB02 NB06 NB11 NB12 NC02 ND41 NE00 NE14 NE15 PA09Z PA11Z PA17Z PB08Z PE00Z PE01Z PE03Z PE08Z PF03Z

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】燃焼室に直接燃料を噴射供給する燃料噴射
    弁を備えて燃焼方式を成層燃焼と均質燃焼との間で切り
    換える内燃機関の制御装置において、 前記燃料噴射弁に供給される燃料圧力を検出する検出手
    段と、 前記検出手段によって検出される燃料圧力が所定の要求
    値よりも低いか否かを判断する判断手段と、 前記判断手段によって前記燃料圧力が前記要求値よりも
    低い旨判断されたとき、燃焼方式を均質燃焼に設定する
    設定手段と、 を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。
  2. 【請求項2】前記内燃機関は、均質燃焼の実行中に所定
    の切換条件を満たしたとき内燃機関の燃焼方式を成層燃
    焼へと切り換えるものであり、 前記設定手段は、前記燃料圧力が前記要求値よりも低い
    旨判断されたとき、前記切換条件を満たしていても均質
    燃焼から成層燃焼への燃焼方式の切り換えを禁止するも
    のである請求項1記載の内燃機関の制御装置。
  3. 【請求項3】前記内燃機関は、均質燃焼の実行中に所定
    の切換条件を満たしたとき内燃機関の燃焼方式を成層燃
    焼へと切り換えるものであり、 前記設定手段は、前記切換条件を満たして燃焼方式が成
    層燃焼に切り換えられた後に前記燃料圧力が前記要求値
    よりも低い旨判断されたとき、燃焼方式を均質燃焼から
    成層燃焼へと強制的に切り換えるものである請求項1記
    載の内燃機関の制御装置。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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US6446609B2 (en) * 1998-10-27 2002-09-10 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Method and apparatus for controlling engine fuel injection
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